Цинк борат, као ефикасан и еколошки прихватљив неоргански успоривач пламена и мултифункционални адитив, широко се користи у пластици, гуми, премазима, текстилу и другим пољима. Међутим, најчешће помињани „цинк борат” у индустрији заправо укључује различите облике са различитим садржајем кристалне воде, међу којима су најрепрезентативнији цинк борат монохидрат (ЗнО·Б2О₃·Х₂О) и цинк борат 3,5хидрат (2ЗнО·3Б₂О₃·3,5Х₂О). Овај чланак ће се бавити разликама између њих из професионалне академске перспективе.
Хемијска формула монохидрата цинк бората је ЗнО·Б2О₃·Х2О, где је моларни однос ЗнО према Б2О₃ 1:1, а садржај кристалне воде је фиксиран на 1 молекул. Његова кристална структура обично представља слојевит или ланчани распоред, са атомима бора који постоје у три или четири координатне форме, формирајући стабилну мрежу кисеоника бора. Ова структура има високу термичку стабилност, а температура дехидрације је обично између 250-300 ℃.
Хемијска формула 3,5 хидратисаног цинк бората је 2ЗнО·3Б₂О₃·3,5Х2О, са моларним односом од 2:3 између ЗнО и Б2О₃, који садржи 3,5 кристалних молекула воде.
Поређење кључних структурних разлика:
· Разлика у садржају воде: Садржај кристалне воде у 3,5 хидратисаног цинк бората је 3,5 пута већи од монохидрата
· Различити односи бор цинка: 1:1 за монохидрат и 3:2 за 3,5-хидрат
·Кристална симетрија: Монохидрат је обично у моноклинском кристалном систему, док је 3,5 хидрат углавном у триклинском или моноклинском кристалном систему
Процес дехидратације монохидрата цинк бората је релативно једноставан, уклањајући једини структурни молекул воде у опсегу од 250-300 ℃ да би се формирао анхидровани цинк борат. Овај процес значајно апсорбује топлоту, што помаже материјалу да апсорбује велику количину топлоте када се загреје.
Понашање дехидрације 3,5 хидратисаног цинк бората је сложеније и показује карактеристике вишестепене дехидратације:
· Фаза 1 (100-150℃): Уклањање мало адсорбоване воде и мале количине кристалне воде
·Друга фаза (200-250℃): Уклоните већину кристалне воде
· Фаза 3 (300-350 ℃): Потпуна дехидрација да би се формирао аморфни цинк борат
Овај вишестепени процес дехидрације омогућава му да апсорбује топлоту у ширем температурном опсегу и има дужу ефикасност успорења пламена.
Растворљивост цинк бората монохидрата у води је изузетно ниска (<0,1%), и скоро је нерастворљив у органским растварачима, што му даје добру дисперзиону стабилност у полимерним системима.
3.5 Хидрирани цинк борат има јачи површински поларитет због већег садржаја кристалне воде, што доводи до боље дисперзије у поларним системима. Међутим, третман модификације површине може бити потребан код неполарних полимера.
Величина честица монохидрата цинк бората је мања (обично 1-5 μм), а специфична површина је већа (5-15 м²/г), што је корисно за његову равномерну дисперзију у матрици.
Величина честица од3.5 хидратисани цинк боратје релативно велика (обично 5-20μм), али ултрафини производи се такође могу припремити посебним процесима.
Обе врсте цинк бората имају ефекте успорења пламена кроз више механизама, али са различитим фокусом:
Цинк борат монохидрат:
· Дехидрација апсорпције топлоте: Температура дехидратације је висока, погодна за апликације које захтевају успоравање пламена у каснијој фази
· Формирање стакластог заштитног слоја: Након дехидрације, ствара се стаклени слој Б2О₃ да изолује кисеоник и топлоту
· Промовишите карбонизацију: има значајан синергистички ефекат са успоривачима пламена као што је алуминијум хидроксид
3.5 Хидрирани цинк борат:
· Вишестепена апсорпција топлоте: апсорпција топлоте у ширем температурном опсегу
· Испустите кристалну воду да разблажите запаљиве гасове
·Настали цинк оксид има инхибиторни ефекат на дим
· Синергистички ефекат са халогенизованим успоривачима пламена је посебно изражен
3.5 Хидрирани цинк боратје обично супериорнији од монохидратних производа у сузбијању стварања дима због већег садржаја бора и јединствених карактеристика дехидратације, што га чини посебно погодним за апликације са строгим захтевима за густину дима.
· Полимери за обраду на високим температурама, као што су инжењерске пластике (ПА, ПБТ, итд.), због њихове високе температуре дехидратације
· Производи светлих боја: обично имају већу белину (≥ 95%), погодни за производе са строгим захтевима за боју
· Материјал кабла: Одличан синергистички ефекат са алуминијум хидроксидом/магнезијумом
· Транспарентни или полупровидни производи: боље подударање индекса преламања
·ПВЦ и системи који садрже халогене: значајан синергистички ефекат успоравања пламена са халогенима
· Гумени производи: карактеристике вишестепене дехидратације су погодније за процес вулканизације гуме
· Ватроотпорни премаз: висок садржај бора обезбеђује бољу отпорност на ватру
· Третман успоривача пламена текстила: Ефекат успорења пламена на ниској температури је бољи
·Места са високим захтевима за сузбијање дима: као што су подземне железнице, бродови и други унутрашњи материјали
· Температура обраде <220℃: Приоритет треба дати 3,5 хидратизованом цинк борату
· Температура обраде 220-280 ℃: Доступне су обе опције, изаберите према другим захтевима
· Температура обраде>280℃: Треба изабрати цинк борат монохидрат
· У комбинацији са неорганским успоривачима пламена (алуминијум хидроксид/магнезијум): Цинк борат монохидрат обично има боље ефекте
· Када се комбинује са халогенизованим успоривачима пламена, синергистички ефекат 3,5 хидратисаног цинк бората је значајнији
Због своје мање величине честица, цинк борат монохидрат обично има мањи утицај на механичка својства материјала, док производ од 3,5 хидрата може захтевати финији третман дисперзије.
Монохидрат и 3,5-хидрат цинк борат су у суштини два различита једињења у хемији, а не једноставна разлика у "садржају воде".
